Nové trendy v oblasti výrobních podniků a Industry 4.0

Uveďme si nejprve na definici dle slovníku Mirriam-Webster[6]:

Virtuální realita:

1)    Umělé prostředí, které je vnímáno pomocí senzorických stimulů (jako například obrazových nebo zvukových) zprostředkovaných počítačem. Chování prostředí je ovlivněno akcemi uživatele.

2)    Technologie, která je využívána pro vytvoření nebo zpřístupnění virtuální reality

Je zde patrné, že virtuální realita není jen samotné virtuální prostředí, obecný název virtuální realita se vžil i pro označení technologie, potažmo i hardwaru.

Asociace Virtual Reality Socienty pak definuje, že virtuální realita vlastně znamená „něco, co je blízké realitě“ [7].

V knize Understaning Virtual Reality [8] je virtuální realita definována komplexně jako:

médium, které umožňuje uživateli komunikovat s počítačem simulovaným prostředím reálného nebo imaginárního světa se snahou o maximální obklopení (imerzi) uživatele virtuální reality.

Technicky se pro realizaci virtuální reality používají nejčastěji:

• Víceplátnové stereoskopické (3D) projekce v kombinaci se speciálními ovladači
• Náhlavní displeje (HMD -Head Mounted Displays)

 

Na základě mnoha experimentů lze potvrdit, že i „obyčejná“ stereoskopie na monitoru je schopna uživateli zprostředkovat zážitek ve VR. To ovšem není možnost pro větší skupinu pozorovatelů. Pokud tedy jednoduchá jednostěnová projekce nestačí a je nutné projekci zprostředkovat většímu počtu diváků, nabízí se projekce promítána na jednu projekční plochu (tvořenou z více stěn s více projektory), jedná se pak o projekci typu PowerWall (ta bývá často opatřena i haptickými prvky). Na Obr. 2.a vidíme PowerWall, který využívá projekci tří projektorů zepředu. Jednoznačnou nevýhodou je překrytí obrazu uživatelem v případě přiblížení se ke stěně. Na Obr. 2.b tento problém řeší PowerWall se zadní projekcí.

Pokud je projekčních ploch několik, začne jejich rozmístěním v prostoru kolem pozorovatele vznikat tzv. CAVE (jeskyně) nebo také Computer Aided Virtual Environment – počítačem řízené virtuální prostředí. Tento typ projekce má za úkol co nejvíce obklopit pozorovatele produkovaným “prostorem“. Tím navodíme velmi silný vjem sounáležitosti pozorovatele s celou scénou. Technicky nejjednodušší řešení typu CAVE vidíme na Obr. 2.c.

K tomuto řešení je již potřeba větší místnost, někdy i několik pater budov, více projektorů, projekčních ploch, zrcadel, a hlavně velmi výkonné grafické stanice. Řešení typu CUBE, které se v průmyslové praxi poměrně často využívá, je možno vidět na Obr. 2.d.

Obr. 2 a) PowerWall – přední projekce, b) PowerWall - zadní projekce, c) jednoduchá CAVE, d) řešení CUBE [Upraveno dle: http://cb.nowan.net/blog/ (cit. 6.3.2019)]

Pořizovací hodnota HMD (náhlavních displejů) je výrazně nižší v porovnání s řešením CAVE. HMD je však určeno jen pro jednoho uživatele (pozorovatele). V současnosti „nejjednodušší“ řešení představuje uzavření mobilního telefonu do tzv. Cardboardu. K tomuto řešení s vrátíme v následující kapitole.

Pokud se však budeme bavit o „seriózním“ řešení pro VR, existuje na trhu celá řada různých řešení. Některá jsou mobilní – ovládací počítač je součástí zařízení. Zde však opět narážíme na dílčí hardwarové limity. Po schématický 3D design jsou však tato řešení pro průmysl vhodná. V případě univerzálních řešení, která jsou vhodná jak pro design nebo třeba pro vizualizaci složitějších objektů (vizualizace CAD dat celého automobilu) je vhodnější volit sofistikovanější řešení „plného“ HMD (viz Obr. 3). Tato řešení však často potřebují výkonnější ovládací sestavu s výkonnou grafickou kartou. Ač minimalizace dovolí již osazovat těmito výkonnými grafickými kartami i notebooky (často „odlehčené“ varianty s nižším příkonem), stále je možno vidět i řešení, kdy ovládací počítač nese uživatel na zádech (pokud je nutná mobilita).

Obr.3 Trackovací prostor HMD [Zdroj: https://www.vive.com (cit. 7.4.2019)]

Pojem rozšířená realita není tak známý jako pojem virtuální realita. Termín prvně použil zaměstnanec Boeingu Thomas Caudell v roce 1990. Rozšířená realita (Augmented Reality, AR) je vše, co kombinuje záznam skutečného světa s prvky generovanými počítačem, přičemž primární je reálný svět. Na obrázku Obr. 4 tedy například vidíme na tabletu promítnutý obraz stroje, který je doplněn o další 3D objekty – v tomto případě se jedná o návod pro údržbu.

Obr.4 Ukázka využití rozšířené reality - montážní návodka [Zdroj: https://www.channelfutures.com/technologies/augmented-reality-virtual-reality-more-than-fun-and-games (cit. 11.4.2019)]

Definujme si tento pojem. Slovník Mirriam-Webster uvádí[6]:

Rozšířená realita:

1)     Vylepšená verze skutečnosti vytvpřená s využití, technologie za účelem překrýt digitální infromací obraz či cokoliv jiného, co vidíme skrze zařízení (typicky smartphone)

2)    Technologie, která je využívána pro vytvoření rozšířené reality

Tato definice obecně připouští, že tyto doprovodné (umělé) informace mohou reprezentovat libovolnou další vrstvou nad skutečnou scénou. Prvkem rozšířené reality může být dle této definice například i třeba průběžný výsledek hokejového zápasu tak, jak jej vidíme na televizní obrazovce během utkání.

Nejdříve se pojem Augmented Reality spojoval výhradně s průhledným displejem a svazoval s konkrétními technologiemi. Když se však začaly objevovat nové realizace, tak definice vázaná na hardware přestala stačit.

Jednu z prvních definic formuloval Ronald T. Azuma[9], který definoval rozšířenou realitu jako systémy mající tři následující vlastnosti:

• Kombinují reálné a virtuální
• Jsou interaktivní v reálném čase
• Jsou registrované ve 3D

Tato definice není spjata s konkrétní technologií a dostatečně definuje pojem Augmented Reality, navíc nepokládá za Augmented Realitu vkládání různých jednoduchých 2D informací (viz výše uvedený příklad hokejového zápasu). Jako prvky rozšířené reality tedy tato definice připouští jen ty, které jsou dostatečně „zapuštěny“ ve scéně (typicky 3D objekty).

První praktické využití AR se objevuje v armádě. Pilot stíhacího letounu vidí vpodvečer ze svého kokpitu esteticky hodnotný západ slunce, což mu ovšem navigačně příliš nepomůže. Dnes se běžně při zvýšené viditelnosti promítá pilotovi do speciální helmy reliéf krajiny, popř. další navigační informace. Také vojáci používají speciální monokly (polopropustné brýle na jedno oko), kde jsou zobrazovány taktické údaje.

Kategorizujme tedy dílčí využití imerzních technologií ve vztahu k primárním a podpůrným činnostem.

Návrh a vývoj

• Virtuální konstruování
• Návrh a prohlídky layoutu (viz Obr. 5)
• Virtuální simulace
• Ergonomické studie pomocí Motion Capture – snímání reálných pohybů člověka (viz video)

Logistika

• Navigace po skladu
• Pick-By-Vision
• Vizualizace nakládky

Výroba

• Manuály a návodky pro výrobu
• Virtuální trénink pro výrobu
• Porovnávání odchylek
• Doplňování metadat v AR

Provoz a údržba

• Manuály a návodky pro údržbu
• Virtuální trénink pro údržbu
• Prediktivní údržba

Využití ve všech fázích

• Virtuální kolaborace
• Vizualizace dat